改造气液分离设备 提高分离效率

周生贤,王晓丹,肖广苓

(1.山东济氮研究所,山东微山 277600;2.山东大学,山东济南 250100)

合成氨生产是以工艺气体的形式进行反应和输送的。工艺复杂,流程长,需要的工序多。其间工艺气体需要不断地用液体进行洗涤、净化,在气体压缩过程中还要接触到润滑油等液态物质,所以,工艺气体的气液分离是合成氨生产中较为普遍和重要的单元操作。通常是在塔器设备内接近出口处设置雾沫分离器进行简单的气液分离,同时在后面设立专门的气液分离设备来分离液滴。在生产实际中,如对这些设备的内件进行改造,并在管道上增加分离装置,可大大提高气液分离效率,降低系统阻力,改善工艺条件,提高设备生产能力。

1 改进雾沫分离器的结构形式

传统的雾沫分离器都是圆盘样式的,一般是由丝网缠绕紧压在一起而成型的,安装在设备里面气体出口附近。这种分离器由于丝网紧压在一起,且无导流装置,碰撞到分离器的雾沫没有汇集的渠道,雾沫很难汇集成液滴流下来,即使有部分小的液滴形成,也容易被气体出口附近的高速气流再次雾化并携带出塔,分离效果有限。同时,由于分离器较厚,缠得紧、压得实,气体和雾沫中的固形物被截留在丝网上,运行不了多长时间就会出现堵塞的情况,不但不能起到分离液滴的作用,反而增加系统的阻力。还有一种形式的分离装置是在设备液体入口的上方、气体出口的下方,装填部分散装填料,用来分离气体携带的液滴。这种方法因为没有导流装置,分离效果很差,还容易堵塞。许多厂家均因雾沫分离器堵塞而不得不频繁停车检修,清洗分离器,有的厂家甚至干脆把分离器去掉。这样就大大影响了生产的正常进行,甚至使雾沫无法分离,降低了气体的质量,对下工段造成极大的危害。

我们在认真考察原雾沫分离器的优缺点之后,设计出新型的雾沫分离器。新型雾沫分离器也采用不锈钢丝网,整体为锥形。把丝网均匀地分层缠绕在一个倒锥形的固定架上,每层丝网网孔均拉成菱形,间隔4～6 mm,层与层之间增设导流筋,便于导流。锥尖捆在进液管上,以实现分离、导流一体化,一直导流到底部,不需要再设置导流设施。

和原来的圆盘式雾沫分离器相比,此种新型分离器具有以下优点。

(1)原采用的圆盘式雾沫分离器丝网是多层紧压在一起的。新型分离器是单层间隔式,在倒锥形固定架上每隔一层丝网,即加一层4～5 mm隔离导流支架。这样做的结果是不仅减少了丝网的用量,而且还使阻力大大降低,且不易堵塞,极大地提高了分离效率。

(2)该新型雾沫分离器整体为锥形,且丝网网孔均拉成菱形,丝网与丝网之间还增加了具有固定作用,同时还具有导流作用的导流筋,除沫器的下端锥尖捆绑到进液管上。整体均具有导流作用。分离的液滴在重力的作用下,沿着菱形丝网下落、集聚,最后通过分离器的锥尖导入填料层重复分布利用。

(3)该雾沫分离器制作简单,且丝网用量减少,无需大的投资。

2 在水平管接近垂直下弯管前增设盲肠分离器

在水平出口管靠近下弯管前的底部接一盲肠管头,利用原有管架固定,内装废旧菱形丝网填料或废旧填料,让下落液滴和顺管壁下流液体靠重力落入盲管死角。若分离下来的系有用的吸收液,可引排污管入塔底液相排污阀内侧,回收至塔,重复使用。效果可与大分离器媲美。

3 长距离水平管上增设简易气液分离器

在气体输送过程中增设气液分离器可以高效分离液滴。因为流动的气体在管道中是呈螺旋状前进的,在不断旋转前进的过程中,气体中大部分雾沫沿着管壁分离下来,并汇集到管道的底部,顺着管道缓慢前行。所以,管道本身就是一个巨大的气液分离器,而且管道越长、越粗,气体流速越慢,分离能力越大。所以,要把管道中已经分离下来的液体(已经不是液滴了)引出来。怎么引呢?可在水平管的末端增加管道分离器。在气体输送管道内部靠近管道分离器的前方设置微小的挡液板进行拦挡。实践证明,管道分离器分离的液体比专门的气液分离器还要多。

当然,这种分离原理也适用于造气系统煤气中粉尘的分离、蒸汽冷凝水的分离,效果都非常明显。具体做法如下。

在水平管道末端,水平管的下部开孔,直径与管道直径相同。孔后焊一挡液板,宽 1～2cm,开口处接一与主管线等径的排污管,内装菱形填料或废旧填料。可借用原有管架固定,让管内旋流分离的液体靠挡板阻挡、导流而进入导淋管。此项改造基本不花投资,其效果比原采用的大分离器还好。

4 改造分离器内件

为保证设备正常运转,保证在气体进入系统时,不因带有液体而影响生产,常在气体进出系统时,安装油水分离器。内件多为填料或旋流板等,不论哪种结构,均因缺乏导流装置,和填料装填过于密实,而使分离效果欠佳,且容易堵塞,给生产带来很大的危害。我们详细分析了原分离器的缺点之后,对分离设备的内件进行了改造。改造方法如下。

填料仍采用丝网填料,将丝网网孔均拉制成菱形。单层装填。层与层之间加装导流筋,保证层与层之间的距离为4～6 mm,菱形丝网在塔内采用人字形装填,利用菱形丝网和导流筋将分离的液滴导流至塔壁,并沿塔壁流至塔的底部。保证分离的液滴不会被气流重新带走。

综上所述,采用以上措施,即改造原来清洗、净化设备内的分离装置;在垂直管道前增设盲肠分离器;在水平管线上开孔增设等径分离器;改造原进出系统的气水分离器,使每个装置都能做到导流、分离一体化,即可数倍提高分离效果。对改善工艺条件,降低阻力,节能降耗,提高生产能力均具有重大意义。本项改造无需大量的投资,且丝网用量可大幅度减少,是一项投资少,效果显著的技改措施。